礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

白宇

摘 要：礦井安全是現(xiàn)代化社會生產(chǎn)的重中之重，對于礦井中產(chǎn)生的瓦斯、風(fēng)塵等要保證良好的通風(fēng)性，為了實(shí)時的掌握控制礦井中的通風(fēng)情況，建立有效的通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是必不可少的。保證礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定有效的運(yùn)行，必須對其中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行正確的實(shí)施，文中探討了不同關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng);CAN總線技術(shù);灰色預(yù)測

煤礦資源是我國重要的能源，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了有力的支撐，在煤礦的開采中，煤礦安全是保證穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。在這其中，礦井中良好的通風(fēng)性是保證煤礦安全作業(yè)避免瓦斯、粉塵等產(chǎn)生安全事故的重要保障。為了實(shí)現(xiàn)對礦井的通風(fēng)性進(jìn)行實(shí)時的檢測及控制，在現(xiàn)代礦井中均采用了礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，通過集合多種技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)礦井安全的信息化管理。

1 礦井通風(fēng)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)概況

1.1 礦井通風(fēng)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)組成

監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，指的是對于礦井生產(chǎn)中的參數(shù)進(jìn)行自動化的采集，并且可以根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化控制，要實(shí)現(xiàn)這樣的目的，在系統(tǒng)中必須包含幾個關(guān)鍵的組成部分，分別包括，傳感器及執(zhí)行器：傳感器依據(jù)所設(shè)定的功能實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場參數(shù)的信號采集執(zhí)行器作為執(zhí)行部件，依據(jù)系統(tǒng)的指令執(zhí)行所設(shè)定的動作，實(shí)現(xiàn)需要的功能;智能分站：分站作為傳感器采集數(shù)據(jù)的預(yù)處理裝置，同時對傳感器保持供電，并實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的通信;監(jiān)控中心：作為整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并提供系統(tǒng)自身的信息，供查詢、控制等。要實(shí)現(xiàn)這些組成部分之間的互相通信，系統(tǒng)中還必須包含信息傳輸模塊，由系統(tǒng)中的傳輸光纜、控制器及相應(yīng)的傳輸協(xié)議組成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)相互傳輸[1]。

1.2 礦井通風(fēng)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展

自50年代開始人們將安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于礦井中，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展至今，礦井通風(fēng)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)隨著通訊制式的發(fā)展共經(jīng)歷了五代的發(fā)展，最早采用的是空分制系統(tǒng)，依靠空分制進(jìn)行信息的傳遞，每個測點(diǎn)都需要1對電纜來進(jìn)行傳輸。第二代系統(tǒng)是頻分制傳輸，依據(jù)頻率的不同對信號傳輸進(jìn)行信道的劃分，使得傳輸信道電纜芯線減少。第三代系統(tǒng)采用時分制的傳輸技術(shù)，這得益于大規(guī)模集成電路的發(fā)展應(yīng)用，全部采用2芯線傳輸，而不必關(guān)注測點(diǎn)的數(shù)量，對于礦井監(jiān)控系統(tǒng)具有了極大的提升。隨著計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展成熟，煤礦監(jiān)控系統(tǒng)采用了先進(jìn)的分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行信號的傳輸，使得系統(tǒng)的傳輸更為高效，這構(gòu)成了第四代監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)[2]。

現(xiàn)在隨著人工智能、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的出現(xiàn)，礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)也進(jìn)入了第五代發(fā)展的時期，數(shù)據(jù)通信等可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制及動態(tài)預(yù)警等功能，并可以根據(jù)煤礦生產(chǎn)的多機(jī)預(yù)警機(jī)制，為煤礦的安全生產(chǎn)提供更有利的支持[3]。隨著人工智能的發(fā)展應(yīng)用，煤礦通風(fēng)安全監(jiān)控系統(tǒng)也朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對于安全生產(chǎn)過程的全面監(jiān)控及預(yù)防。

2 礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際的物理結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，包括中央集中控制室及各個不同的監(jiān)控單元，采用通信鏈路實(shí)現(xiàn)相互之間的通信[4]。監(jiān)控單元通過多個監(jiān)控點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場不同位置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、管理及傳送等功能。

2.2 礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)總線技術(shù)

在礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時有效地傳遞，總線技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)，總線技術(shù)是現(xiàn)場總線技術(shù)的簡稱，以總線技術(shù)為核心，是監(jiān)控領(lǐng)域的革新性技術(shù)。在總線技術(shù)中，我國礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，控制器局域網(wǎng)CAN總線技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的一種形式，這種方式具有較高的可靠性，并且對于信號的傳輸介質(zhì)沒有特殊的要求，可以實(shí)現(xiàn)廣播方式的接受過濾信號。

控制器局域網(wǎng)CAN總線技術(shù)的主要結(jié)構(gòu)形式如圖2所示，這種通訊方式采用串行總線的方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全雙工模式工作，這種通信方式最早應(yīng)用于汽車構(gòu)建的測量中，由此逐漸推廣到對于汽車不同部件之間的通信[5]?？刂破骶钟蚓W(wǎng)CAN總線技術(shù)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過程中，將要傳遞的數(shù)據(jù)組成帶有識別符、長度碼、傳送請求等信息包的形式進(jìn)行傳送。

控制器局域網(wǎng)CAN總線技術(shù)在礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)良好的效果，對于總線軟件及通信接口的設(shè)計是其中重要的環(huán)節(jié)?？偩€軟件中的通信模塊的選擇設(shè)計關(guān)鍵步驟，對于通信接口的設(shè)計來說，CAN驅(qū)動器是其中的關(guān)鍵設(shè)施，在系統(tǒng)中CAN驅(qū)動器要具有良好的抗電磁干擾的能力，并且對監(jiān)控系統(tǒng)起到熱保護(hù)、短路保護(hù)的作用，而其自身要能低功耗穩(wěn)定的運(yùn)行，為系統(tǒng)的運(yùn)行提供安全保障。

2.3 灰色預(yù)測理論技術(shù)

在礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時有效的采集，智能傳感器采集數(shù)據(jù)的有（下轉(zhuǎn)第120頁）（上接第117頁）效終端，智能傳感器發(fā)揮良好的效果，必須采用灰色預(yù)測理論對傳感器進(jìn)行自校正。與傳統(tǒng)的自校正方法不同的是，灰色預(yù)測理論基于灰色理論的范疇，通過數(shù)據(jù)處理得到不同數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，從而進(jìn)行灰色數(shù)的處理時限對智能傳感器的自校正，避免了傳統(tǒng)方法在礦井監(jiān)控系統(tǒng)中的缺點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)較少的運(yùn)算量，并且速度快，可以簡單的實(shí)現(xiàn)。

灰色預(yù)測理論技術(shù)對智能傳感器進(jìn)行自校正，需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將不同的數(shù)據(jù)相互進(jìn)行疊加，通過弱化數(shù)據(jù)的隨機(jī)性來得到數(shù)據(jù)變化的模型，從而可以預(yù)測未來的變化趨勢。采用灰色預(yù)測理論技術(shù)對智能傳感器進(jìn)行校正，其技術(shù)原理簡單，計算簡單，并且具有較高的精度，同時可以采用較少的數(shù)據(jù)來建立需要的模型，避免了大量數(shù)據(jù)的獲取，并且對于模型可以實(shí)現(xiàn)較好的重構(gòu)。

3 總結(jié)

礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)施中，對于系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)要采取相應(yīng)的措施保證系統(tǒng)良好的效果，對于智能傳感器、CAN控制器等關(guān)鍵設(shè)備，要采取嚴(yán)格的質(zhì)量管理及維護(hù)管理工作，建立嚴(yán)格有效的管理措施，保證系統(tǒng)中設(shè)備的良好的運(yùn)行，同時，對于系統(tǒng)中出現(xiàn)的新技術(shù)、新問題要采取積極的措施，不斷的鼓勵創(chuàng)新，以新技術(shù)不斷提高礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而不斷提高礦井的安全性，實(shí)現(xiàn)安全高效的生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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